第四章空客公司使用复合材料的现状2-2
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新视点NEW VIEWPOINT64航空制造技术2006年第3期目前,复合材料在飞机上的应用已非常广泛,但在20世纪90年代初复合材料市场曾一度陷入低靡,究其原因是由于复合材料设计制造的复杂性造成了成本壁垒,人们开始认识到只有重视性能和成本的平衡,才能使复合材料展现辉煌。
随着复合材料先进技术的成熟,使其性能最优和低成本成为可能,大大推动了复合材料在飞机上的广泛应用。
本文在介绍国外复合材料在飞机上广泛应用的基础上,对作为技术保障的数字化设计技术和先进制造技术进行了分析研究。
从国外情况看,各种先进的飞机都与复合材料的应用密不可分,复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。
下面介绍复合材料在飞机上应用的发展趋势。
(1) 复合材料在飞机上的用量日益增多。
复合材料在飞机上的应用评述北京航空航天大学机械工程及自动化学院 张丽华 范玉青复合材料用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比表示,纵观复合材料在民机上的发展情况发现,无论是波音公司还是空中客车公司,随着时间推移,复合材料的用量都呈增长趋势。
最具代表意义的是空客公司的A380客机和波音公司最新推出的787客机。
在A380上仅碳纤维复合材料的用量就达32t左右,占结构总重的15%,再加上其他种类的复合材料,估计其总用量可达25%左右。
787上初步估计复合材料用量可达50%,远远超过了A380。
另外,复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势。
(2) 应用部位由次承力结构向主承力结构过渡。
飞机上最初采用复合材料的部位有舱门、整流罩、安定面等次承力结构,目前已广泛应用于机翼、机身等部位,向主承力结构过渡。
从1982年开始用复合材料制造飞行操纵面(如A310-200飞机的升降舵和方向舵),空客公司在主承力结构上使用复合材料已有20多年的经验。
在A380上采用的碳纤维复合材料大型构件主要有中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承压框、垂尾等,大量的主承力结构都采用了复合材料。
从结构用途方面阐述复合材料在国内外民用飞机上的应用情况篇一一、引言随着航空技术的飞速发展,民用飞机对于材料性能的要求也日益提高。
复合材料,由于其优异的力学性能、轻量化特性以及设计灵活性,在民用飞机制造中得到了广泛应用。
本文将从结构用途的角度,详细阐述复合材料在国内外民用飞机上的应用情况。
二、复合材料在民用飞机结构中的应用概述复合材料在民用飞机结构中的应用主要体现在以下几个方面:机身、机翼、尾翼、发动机短舱以及内部构件等。
通过复合材料的应用,民用飞机实现了结构轻量化,提高了飞行性能,同时降低了运营成本。
三、国内外民用飞机复合材料应用的具体情况机身结构:复合材料在机身结构中的应用主要体现在蒙皮和桨叶上。
采用碳纤维增强复合材料制造的机身蒙皮,具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点,显著提高了飞机的燃油经济性和飞行性能。
国内外主流民用飞机制造商如波音、空客等均在机身结构中大量采用复合材料。
机翼结构:机翼是飞机的重要承载部件,其性能直接影响到飞机的飞行安全。
复合材料在机翼结构中的应用,可以实现机翼的轻量化设计,提高机翼的升力系数和飞行稳定性。
例如,波音787梦想飞机的机翼采用了碳纤维复合材料制造,使得机翼重量大幅减轻,同时提高了飞行效率。
尾翼结构:尾翼是控制飞机飞行方向的关键部件。
复合材料在尾翼结构中的应用,可以降低尾翼的重量,提高尾翼的控制精度和响应速度。
国内外多款民用飞机如空客A350、C919等均采用复合材料尾翼结构。
发动机短舱:发动机短舱是民用飞机发动机的重要保护装置,需要具有良好的耐高温、耐腐蚀等性能。
复合材料在发动机短舱中的应用,可以显著提高短舱的耐高温性能和结构强度,保证发动机的安全运行。
例如,CFMI公司的LEAP-1C发动机就采用了碳纤维复合材料制造的发动机短舱。
四、复合材料在民用飞机应用中的挑战与前景尽管复合材料在民用飞机上得到了广泛应用,但仍面临一些挑战,如制造成本、维修难度等。
然而,随着技术的进步和产业规模的扩大,复合材料的制造成本将逐渐降低,维修技术也将不断完善。
飞机结构复合材料技术
今天我们要聊聊飞机结构复合材料技术是怎样的,对于飞机结构复合材料技术可能大家觉得它听起来很难懂的样子,但其实难懂,接下来让我们一起来探索飞机结构复合材料技术!
要探讨铸件轻量化设计流程,我们要先想清楚,弄明白什么是飞机结构复合材料。
其实呢,这个飞机结构复合材料它就是我们为了让飞机飞得更稳更安全,这里所说的复合材料技术就是把不同的材料粘在一起的技术。
飞机结构复合材料技术需要用了好多种不一样的材料,例如,需要的材料有碳纤维、玻璃纤维等还有很多这种我们平产很少见过的材料,这些材料要保证质量轻,而且韧性必须要强的材料。
准备好了材料之后,经过一步步的流程,这些材料就会被粘在一起,就变成了我们看到的那些既轻便又结实的飞机零件了。
有了飞机结构复合材料技术,飞机的翅膀就可以变得更轻,飞机就能飞得更快、更高,而且飞机的零件还不容易坏。
飞机结构复合材料技术不仅能让我们节省材料,还能做出更好的飞机部件。
以上就是我整理的水泥分装项目立项流程!大家明白了吗?。
复合材料在飞机上的应用摘要复合材料在降低结构重量、改善机体结构、提高安全性、减震性和使用耐久度等多个方面有着自己特有的贡献。
随着我国航空强国战略方针的实施,大型民航客机对高性能、功能强、结构功能一体化的高性能先进复合材料的需求日益提升,关键复合材料和结构制件成为限制相关领域进一步发展的瓶颈。
我国对复合材料的研究与制造无疑对飞机蒙皮各方面性能的提升有着至关重要的作用。
关键词:新型复合材料;航空引言在航空行业日益发展的今天,无时无刻都有飞机飞行在蓝天之上。
某时间点中国领空及周边民航运输机分布图如图1所示图1某时间点中国领空及周边民航运输机分布图那么面对如此数量庞大的运输线,如此错综复杂的航行高度,如此变化莫测的气象环境,我们的民航客机又是怎样来克服重重困难的呢?这就要介绍出我们的主角——复合材料。
复合材料具有许多极其重要的性能特质,如比重小;抗疲劳性优良,耐久度高,使用寿命长;减震性能优良,耐高温,安全性好,与金属材料相比不易腐蚀;可设计性灵活,可减小机身重量,有利于施工和维护,因此对航线维护和定检维护提供了巨大的便利与可操作性。
复合材料主要种类复合材料机体主要包括金属和非金属。
增强材料主要有植物纤维、碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、晶须、金属。
应用于不同的场景和位置,它们所发挥的功能是不一样的,复合材料的种类和特性也是纷繁杂多的。
总的来说,目前航空航天领域使用较为广泛的复合材料主要包括碳基复合材料,强树脂基复合材料和金属基复合材料。
同时也在逐步拓宽对植物纤维复合材料的使用。
非金属材料与金属材料对比先进复合材料中采用最广泛的纤维材料是碳、石墨、芳纶和硼。
在该类复合纤维材料中,碳纤维是在先进加强件上所投入使用的最通用的纤维材料,很多航空器的零部件和内外装饰都运用到了碳纤维复合材料,可见其用途之广。
在此综合部分常见的复合材料来进行性能对比,如玻璃纤维复合材料、碳纤维环氧复合材料、有机纤维环氧复合材料、硼纤维环氧复合材料、硼纤维铝复合材料、钢、铝合金、钛合金。
航空材料论文范文目录1.航空复合材料概述.... (2)1.1复合材料...... 21.2复合材料在飞行器上的应用.... (3)1.3C/C 复合材料在高超飞行器中应用....42.C/ C 复合材料................................ (5)2.1 概述................................ (5)2.2 碳/ 碳复合材料的组成及微观结构................................ . (5)2.3 碳/ 碳复合材料的性能................................ .. (6)2.3.1 物理性厶匕能 (6)2.3.2 力学性厶匕能 (6)2.3.3热学及烧蚀性厶匕能...... (6)2.3.4摩擦磨损性厶匕能...... (7)2.4碳/ 碳复合材料制备及加工...... (7)2.4.1液相浸渍工艺...... (7)2.4.2 化学气相沉积工艺................................ (7)2.4.3碳/碳复合材料的切削加工...... (8)2.5碳/ 碳复合材料的应用...... (8)2.5.1固体火箭发动机喷管上的应用...... (8)2.5.2刹车领域的应用......82.6 碳/ 碳复合材料的氧化及防氧化............................... (9)2.6.1碳/ 碳改性抗氧化....... (9)2.6.2碳/ 碳涂层防氧化....... (9) (10)航空复合材料与碳/ 碳复合材料概述摘要:复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。
一般由基体材料和功能组元所组成。
复合材料可经设计,即通过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等,使原组分材料优点互补,因而呈现了出色的综合性能。
浅谈复合材料在航空航天领域中的应用摘要:复合材料是由两种或多种有机聚合物、无机非金属或金属以及其他不同性质的材料通过特殊工艺组合而成的人造材料,具有轻质量,耐腐蚀、高耐热行,各向异性,隔音效果好、抗震动能力强、材料结构可设计,易加工等特点,是制造航空飞机、火箭的理想材料。
人类在发现复合材料之后,就不断把其卓越的优势性能应用在飞机上。
关键词:航空复合材料;工艺技术;航空领域一、前言进入21世纪以来,复合材料技术在航空领域应用激增,不管是在军用飞机上还是民用飞机上的应用不断增加,其目的都是在提高飞机飞行速度的同时尽可能的减低飞机重量,减少制造飞机的成本。
随着复合材料及其结构研究的不断地深入,科研人员也在不断的实验中把复合材料在飞机上的应用范围的不断扩大,从细小的零部件到飞机整体结构,到了今天,飞机上复合材料的占比还在不断增加[1]。
在飞机的设计上,用复合材料设计的航空结构替代传统的金属材料设计的结构能够减轻20~30%的重量,材料成本节约15~30%。
近年来复合材料发展迅速,制备技术也在不断进步,研究如何提高其取代传统金属在飞机上的占比,在国内空天科技前沿领域具有重要战略意义。
二、航空用复合材料航空领域对飞机上的材料要求非常严格,除了牢固、高强度之外,还不能太重,而复合材料的发现正好满足了航空飞机对轻质高强度的结构材料的需求[2]。
目前和以后很长一段时间的复合材料的研究核心都是能够用于生产航空或航天飞行器结构件的树脂基复合材料。
碳基复合材料是一种以陶瓷纤维为增强体,以碳为基体的复合材料的总称,具有超强的耐热能力、烧蚀性能、抗蠕变能力良好,热导率低等优点。
若要发挥碳基复合材料的全部性能,氧化保护措施是重中之重的[3]。
防止氧化的方法主要有3种:一种利用化学气相渗透法(CVI)形成C/(C/SiC)混杂基体复合材料,提高抗氧化能力;一种是采用料浆浸渍-热解工艺;最后一种是改变表面涂层工艺。
避免出现烧蚀现象,提高耐热能力。
复合材料在飞机上的应用与发展引言:随着科技的不断进步和飞行安全的要求日益提高,复合材料在飞机制造业中的应用越来越广泛。
本文将就复合材料在飞机上的应用和发展进行探讨。
一、复合材料在飞机上的应用1.1 结构件复合材料在飞机结构件方面的应用是最为广泛的。
由于复合材料具有优良的强度和轻质化特性,可以显著减轻飞机的重量,提高飞机的燃油效率和载重能力。
例如,复合材料被广泛应用于飞机的机翼、机身、尾翼等结构件上,取得了显著的效果。
1.2 内饰件除了结构件,复合材料还被广泛应用于飞机的内饰件上。
由于复合材料具有优良的耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性,可以提高飞机内部的舒适性和安全性。
例如,复合材料被用于制造座椅、卫生间、厨房等内饰件,不仅减轻了飞机重量,还提高了乘客的舒适度。
1.3 电子设备复合材料还可以用于飞机的电子设备上。
由于复合材料具有良好的电磁屏蔽性能和绝缘性能,可以有效保护飞机的电子设备免受外界干扰。
同时,复合材料还可以提供良好的散热性能,保证电子设备的正常工作。
因此,复合材料在飞机的雷达、导航系统等电子设备中得到了广泛应用。
二、复合材料在飞机上的发展2.1 新材料的研发随着科技的不断发展,新型复合材料的研发正在不断进行。
例如,新型碳纤维复合材料具有更高的强度和更轻的重量,正在逐渐取代传统的玻璃纤维复合材料。
此外,纳米复合材料、层状复合材料等也是当前研究的热点。
这些新材料的研发将进一步推动复合材料在飞机上的应用。
2.2 制造工艺的改进为了提高复合材料的制造效率和质量,制造工艺也在不断改进和优化。
传统的手工制造正在逐渐被自动化制造所取代,如自动化纤维放置、自动化层压等技术的应用,大大提高了生产效率和一致性。
同时,精密模具的设计和制造也是提高制造质量的关键。
这些制造工艺的改进将进一步推动复合材料在飞机制造业的发展。
2.3 结构设计的优化复合材料在飞机上的应用还面临着结构设计的优化问题。
复合材料具有各向异性的特性,需要通过优化设计来充分发挥其性能。
碳纤维复合材料在航空领域中的应用现状及改进摘要:碳纤维早在二十世纪五十年代就开始被应用在火箭上,在二十世纪八十年代高性能的复合材料的发展为碳纤维技术发展带来了新的革命碳纤维符合材料由于其比重小、刚性好和强度高的特点被广泛应用与航天领域。
本文简单分析碳纤维复合材料在航空领域中的应用现状,提出在航空领域中扩大应用的改进。
关键词:碳纤维复合材料;航空领域;应用现状;改进1、前言随着我国经济的不断发展,科学技术也在不断的进步,对于传统原材料的更新也在不断加速,随着我国神十的成功飞行,让我们看到了在航天领域我国取得的瞩目成就,在成功的背后离不开我国航天工作者的辛勤劳动,更重要的是科研工作者对于新型材料的研究,碳纤维复合材料在航空航天中发挥了不可替代的作用。
2、航空领域中的应用现状复合材料是除铝之外最重要的航空和航天材料。
由于它们具有轻质的优点,在过去40年在民用飞机结构重量中所占的份额超过15%,在直升飞机和战斗机结构重量中所占的份额超过50%,同时广泛应用不同的航天设备中。
2.1碳纤维复合材料应用于飞机制造空中客车公司和波音公司的新型客机的投产给碳纤维工业带来了显著的推动作用。
空客A350中复合材料用量已接近机体总质量的53%,波音787使用的复合材料超过了50%。
空客公司研制的世界最大民用客机A380,也更多地采用碳纤维材料,其中仅机身壁板采用碳纤维复合材料就达30多吨。
我国国内飞机制造材料中碳纤维复合材料所占的比例也在不断提高。
大型客机C919是先进材料首次在国产民机大规模应用,先进复合材料和第三代铝锂合金材料在C919机体结构用量分别达到12%和8.8%。
我国第四代战斗机的各个零件设备中碳纤维复合材料所占比重就占24%左右,应用于机身和机翼的制造。
由于国内研制的碳纤维复合材料耐高温性、抗疲劳性、阻燃性优异的特点,将碳纤维复合型材料用于对飞机前机身段、阻力板、机翼外翼、整流壁板等构件的建造,也用于制造飞机主承力构件。
举例说明复合材料的应用复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料,具有多种优异的性能,因此在各个领域都有广泛的应用。
以下是十个具体的例子。
1. 航空航天领域:复合材料在航空航天领域的应用非常广泛。
例如,飞机的机身、机翼和尾翼通常采用复合材料制造,因为复合材料具有较高的强度和刚性,同时又相对轻量化。
这可以降低飞机的重量,提高燃油效率,并增加飞机的飞行距离。
2. 汽车制造业:复合材料在汽车制造业中也得到了广泛的应用。
例如,一些高端汽车使用复合材料制造车身,以提高车身的刚性和减少车身重量。
这不仅可以提高车辆的安全性能,还可以提高燃油效率和行驶稳定性。
3. 建筑领域:复合材料在建筑领域的应用越来越多。
例如,一些高层建筑采用复合材料制造外墙板,具有较好的隔热、保温和防火性能。
此外,复合材料还可以用于制造建筑结构中的梁、柱等部件,提高建筑物的整体性能和耐久性。
4. 能源领域:复合材料在能源领域的应用也越来越重要。
例如,风力发电机翼通常采用复合材料制造,因为复合材料具有较好的耐腐蚀性和刚性,可以在恶劣的气候条件下保持良好的性能。
另外,太阳能电池板也可以使用复合材料作为基底材料,提高太阳能电池的效率和寿命。
5. 体育用品:复合材料在体育用品制造中得到了广泛的应用。
例如,高尔夫球杆、网球拍和自行车等都可以使用复合材料制造,因为复合材料具有较好的强度和耐用性,可以提高运动器材的性能。
6. 医疗器械:复合材料在医疗器械制造中也有重要的应用。
例如,人工关节、牙科种植体和支架等可以使用复合材料制造,因为复合材料具有良好的生物相容性和机械性能,可以提高医疗器械的可靠性和使用寿命。
7. 电子产品:复合材料在电子产品制造中也很常见。
例如,手机、平板电脑和电视机等电子产品的外壳通常采用复合材料制造,因为复合材料具有较好的绝缘性能和轻量化特性,可以提高电子产品的安全性和便携性。
8. 化工领域:复合材料在化工领域的应用也非常广泛。
航空航天复合材料发展现状及前景探究摘要:现代科学技术飞速发展的一个世纪,其中重要的标志之一就是人类在航空航天领域所取得的辉煌成就。
进入21世纪,航空航天已展现出更加广阔的发展前景,高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁,其作用将远远超出科学技术领域本身,对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产生更广泛和更深远的影响。
在航空航天领域中,使用的高性能复合材料快速发展,复合材料更广泛地用于航天器的各种结构组件。
复合材料的高性能新材料组成,通过一个特殊的模制过程复合两种或更多种异构异质材料。
复合材料的目的是满足所需的材料性能。
复合材料基于复合材料和功能陆续应用在航天领域。
目前和未来20~30年,将发展用于制造飞机结构部件(CFRP)的碳纤维增强树脂复合材料。
在结构/功能集成和复合材料基础上,将发展智能结构,满足更先进的航天器的要求。
关键词:航空航天;复合材料;应用复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。
一个国家的复合材料工业水平,是衡量该国家和地区科技与经济实力的重要标志之一。
新中国成立以来,我国航空航天事业飞速发展,对航空航天材料提出更多新要求。
为更好地满足现有航天航空材料发展要求,要进一步加快研发新性能、高质量的复合型材料,使我国航空航天复合材料的研发在世界竞争中占有一席之地。
由于航空航天事业所取得的巨大成就,与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。
材料是现代高新技术和产业的基础与先导,很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。
21世纪以来,航空航天事业的发展进入新的阶段,将会推动航空航天材料朝着质量更高、品类更新、功能更强和更具经济实效的方向发展。
一、航空航天材料的地位和作用航空航天材料泛指用于制造航空航天飞行器的材料。
一架现代飞行器要用到所有的材料,即金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。
按使用范围,航空航天材料可分为结构材料与功能材料。
结构材料主要用于制造飞行器各种结构部件,如飞机的机体、航天器的承力筒、发动机壳体等,其作用主要是承受各种载荷,包括由自重造成的静态载荷和飞行中产生的各种动态载荷。
航空航天用复合材料的研究现状、制备方法、原理和运用摘要:本文主要从复合材料的特点出发,针对在航空工业应用广泛的预形件成形和结构成形各项技术进行了全面系统的介绍。
并对其在航空航天中的应用情况以及发展难点和研发现状作了简要概述。
关键词:复合材料、航空制造、航空运用0.前言:复合材料(Advabced Composite Materirals ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史,它具有比强度比模量高,可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点,显示出比传统钢、铝合金结构材料更优越的综合性能,在飞机上已获得大量应用,可实现飞机结构相应减重25%~30%,作为21世纪的主导材料,先进复合材料的用量已成为飞机先进性,乃至航空航天领域先进性的一个重要标志,是世界强国竞相发展的核心技术,也是我国的重点发展领域。
一.复合材料的概述1.1概念复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
1.2性能复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。
石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。
纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。
以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量。
碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。
复合材料在航空航天领域的应用
航空航天领域一直是复合材料得到广泛应用的重要领域之一。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料,具有优异的性能,如轻质、高强度、耐腐蚀等特点,因此在航空航天领域中被广泛应用。
复合材料在航空领域中用于制造飞机结构件。
传统的金属材料虽然具有较高的强度,但重量较大,影响了飞机的燃油效率。
而复合材料由于具有较轻的重量和优异的强度,可以减轻飞机的自重,提高燃油效率,降低飞机的运营成本。
因此,飞机的机身、翼面、尾翼等结构件都开始采用复合材料制造,以提高飞机的性能和安全性。
复合材料在航天领域中也有着重要的应用。
航天器需要在极端的环境下工作,如高温、低温、真空等条件下,传统金属材料可能无法满足需求。
而复合材料具有优异的耐高温、耐低温、耐腐蚀等性能,可以有效应对航天器在极端环境下的挑战。
因此,航天器的热保护层、外壳、热控件等部件都开始采用复合材料制造,以确保航天器在太空中的正常运行。
复合材料还在火箭发动机、导弹、卫星等航空航天器件中得到广泛应用。
火箭发动机对材料的性能要求极高,需要具有优异的耐高温、耐冲击等性能,而复合材料正是能够满足这些要求的材料之一。
导弹和卫星的结构件也需要具有轻量化、高强度、耐腐蚀等特点,因此复合材料的应用可以提高导弹和卫星的性能和可靠性。
总的来说,复合材料在航空航天领域的应用已经成为一种潮流。
随着科技的不断发展和材料制造技术的进步,复合材料将会在航空航天领域中发挥越来越重要的作用,为航空航天事业的发展提供强有力的支撑。
相信在未来的航空航天领域中,复合材料将会有更广泛的应用,为人类探索宇宙、征服天空提供更好的技术支持。
通用飞机用复合材料应用现状与发展趋势作者:党婧高丽红杨利来源:《粘接》2013年第07期摘要:综述了通用飞机的国内外发展现状,介绍了复合材料在通用飞机上的应用及其发展历程,指出了通用飞机用复合材料发展亟待解决的主要问题。
阐述了Cessna 350、SR22和DA40 3种通用飞机的复合材料应用情况,展望了飞机用复合材料的发展趋势。
关键词:通用飞机;复合材料;发展趋势中图分类号:TQ050.4 +3 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2013)07-0073-04通用航空的发展水平标志着一个国家科技水平、经济发展水平和生活水平的高低。
根据民用航空总局《通用航空飞行管理条例》规定,通用飞机是指是除军事、警务、海关缉私飞行和公共航空运输飞机之外20座以下所有飞机的总称[1~3]。
1 通用飞机分类及发展现状[4,5]1.1 通用飞机分类从用途上看,通用飞机包括多用途飞机、公务机、农业飞机和娱乐旅游飞机等;从类型上看,包括固定翼飞机和旋翼机(见图1)。
1.2 国内外发展现状目前全世界从事通用飞机科研或整机经营的国家约40多个,主要分布在加拿大、美国、意大利及欧洲其他发达国家。
美国是世界上通用航空最发达的国家,2004年已有通用航空飞机22万架,占全球总数的72%。
我国通用航空作业始于1951年,主要制造商为中国航空工业集团公司(简称“中航工业”),生产的通用飞机有Y5、Y11、Y12和N5A系列等。
21世纪,飞机制造商采用国际合作方式生产通用飞机。
如中航工业第一飞机设计研究院(603所)与石家庄飞机公司合作生产“小鹰500”轻型多用途飞机;2005年滨州大高通用航空城有限责任公司与奥地利钻石飞机制造公司签署成立滨奥飞机制造有限公司,研制出第1架钻石DA-40型飞机;2011年中航通用飞机有限责任公司成功并购了美国的西锐设计公司,拥有了国际领先的通用飞机产业链。
2.1 通用飞机使用复合材料的市场目前,军用飞机已完成了从铝材到复合材料的转变。
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课题第四章空客公司使用复合材料的现状2-2目的与要求明确空客和波音使用先进辅材制造技术的目的熟悉复材先进制造技术的分类、特点和应用范围熟悉先进制造技术的原理、工艺流程和主要应用部件了解当前先进制造设备的制造厂家和应用水平了解我国先进制造设备的应用程度重点熟悉复材先进制造技术的分类、特点和应用范围熟悉先进制造技术的原理、工艺流程和主要应用部件难点了解当前先进制造设备的制造厂家和应用水平教具复习提问熟悉先进制造技术的原理、工艺流程和主要应用部件了解当前先进制造设备的制造厂家和应用水平新知识点考查明确空客和波音使用先进辅材制造技术的目的熟悉复材先进制造技术的分类、特点和应用范围布置作业课堂布置课后回忆了解我国先进制造设备的应用程度备注教员第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第2 页共8 页图7 鱼鹰V-22飞机的后机身图8 F35飞机的S形进气道图9 ACM在空中客车中的应用历程(HTP:水平尾翼,VTP:垂直尾翼,LG:起落架)第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第3 页共8 页1.空客和波音重点发展技术介绍树脂基复合材料具有耐高温、高强、高韧等特点,用于武器装备结构可实现大于20%的结构减重,在航空航天、兵器上的应用不断扩大。
随着现代武器装备、航空技术的发展,复合材料先进加工制造技术在现代航空武器装备的发展中起着愈来愈重要的作用,已经成为关键制造技术。
工业发达国家国防工业部门和国防军事部门高度重视复合材料先进加工制造技术的发展。
目前为了加速先进技术武器装备和高性能战斗机等的发展,对复合材料先进加工制造技术的技术水平、经济性和自动化程度(降低成本、提高质量)提出了更高的要求,从而促进了先进加工制造技术的发展。
其总体发展方向是:(1)常规制造工艺的优化;(2)开发应用复合工艺和新工艺方法;(3)大力开展精密化研究;(4)快速成型技术;(5)制造系统由自动化向柔性化、集成化和智能化发展;(6)先进的生产制造系统正在形成和发展中。
2.自动铺带技术2.1.工作原理及特点自动铺带机一般由多坐标铺带头,如图1所示。
高速移动横梁、龙门式定位平台等部分组成。
除了传统数控机床X,Y,Z三坐标定位以外,还有绕Z轴方向的转动轴C轴和绕X轴方向摆动的A轴,构成五轴联动,以满足曲面铺带的基本运动要求。
自动铺带技术采用带离型纸的单向预浸带,规格有300、150和75mm宽3种规格,预浸带的剪裁、定位、铺叠、辊压均采用数控技术自动完成,多轴龙门式机械臂完成铺带位置的自动定位。
铺带头上装有预浸带输送和预浸带切割系统,根据待铺放构件边界轮廓自动完成预浸带特定形状的切割,预浸带在压辊作用下沿设定轨迹铺放到模具表面。
自动铺带具有表面平整、位置准确、精度高、速度快、质量稳定性高等优点,特别适用于手工铺叠困难的大中型尺寸、变截面厚蒙皮的制造。
自动铺带系统可分为一步法和两步法2种工作方式。
一步法是指预浸带的切割和铺叠在同一铺带头上完成,两步法是指预浸带的切割和铺叠分开实施,即不在同一头上完成。
这2种方法都能满足一般产品的加工要求,但对于复杂形状铺层,两步法比一步法更容易实施,且铺放效率较高,但采用两步法的设备一般比一步法的设备价格昂贵。
第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第4 页共8 页图1 自动铺带机示意图根据所铺构件的几何特征,自动铺带工艺又分为平面铺带和曲面铺带2类。
平面铺带方法简单、高效,一般采用300mm和150mm宽预浸带,主要用于平板铺放。
曲面铺带一般采用150mm和75mm宽预浸带,适于小曲率大尺寸翼面类结构的铺放,如机翼蒙皮等。
相对于手工铺叠,自动铺带技术无论在生产效率还是产品质量上,都领先前者。
据统计国外自动铺带的生产效率达到手工铺叠的10倍以上,自动铺带的定位精度高于手工定位精度的两个量级以上。
2.2.国外发展趋势及应用自动铺带机起源于美国航空制造商V ought公司,它是在美国空军的资助下,针对机翼、壁板构件等大尺寸、中小曲率的部件,于20世纪60年代由美国GeneralDynamics 和Conrac Corporation 公司在原手工辅助铺带设备的基础上合作开发的,用于铺放F16战斗机的复合材料机翼部件。
70年代末80年代初,随着大型运输机、轰炸机和商用飞机复合材料用量的增加,以及计算机、自动控制、检测等技术的快速发展,在国防需求和经济利益的驱动下,有实力的数控设备制造商(如美国Cincinnati、法国Forest-Line、西班牙M-Torres公司等)开始设计制造自动铺带设备,并推出商品化的多坐标自动铺带设备,结构见图2所示,先后投入大中型飞机复合材料构件制造。
第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第5 页共8 页图2 多坐标自动铺带机经过不断的发展和完善,自动铺带技术在美国和欧洲已经成熟,并大规模应用于航空复合材料结构件的制造(见图3所示)。
从20世纪80年代至今,美国采用自动铺带技术生产了B1、B2轰炸机的机翼蒙皮,F-22战斗机机翼蒙皮,波音B777飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮,C-17运输机的水平安定面蒙皮,波音B787翼面蒙皮等。
欧洲采用自动铺带技术生产了A330和A340水平安定面蒙皮、A340尾翼蒙皮、A380的安定面蒙皮和中央翼盒等。
第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第6 页共8 页自动铺带技术已经成为发达国家复合材料构件的典型制造技术之一,并取得了骄人当然成果,也应该是我国继续的生产工艺。
图3 采用自动铺带技术制造的飞机尾翼蒙皮3.自动铺丝技术3.1.工作原理及特点纤维丝束铺放设备一般由丝束铺放头、支座、预浸纱架等部分组成,典型的丝束铺放设备系统包括7个运动轴和12~32个丝束,1/8、1/4、1/2英寸等规格,输送轴(见图4)。
根据丝束铺放支座形式的不同,丝束铺放设备可分为悬臂式和龙门式2种。
纤维丝束铺放技术综合了纤维缠绕和自动铺带技术的优点,丝束铺放头把缠绕技术中不同预浸丝束独立输送和自动铺带技术的压实、切割、重送功能结合在一起,由丝束铺放头将数根预浸丝束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度变化通过程序控制预浸丝束根数自动调整)后铺放在芯模表面,加热软化预浸丝束并压实定型。
纤维丝束铺放技术可以在铺层时切割预浸丝束及增减预浸丝束根数,可以对铺层进行剪裁以适应局部加厚/混杂、铺层递减及开口铺层等多方面的需要。
由于各预浸丝束独立输送,其铺放轨迹自由度更大,对制品的适应性更强,既可以实现凸面也可以满足凹面等大曲率复杂型面结构的铺叠,能够满足各种设计要求,实现低成本、高性能要求和设计制造一体化。
第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第7 页共8 页图4 纤维丝束铺放设备3.2.国外发展趋势及应用纤维丝束铺放技术是20世纪70年代由美国Boeing、Hercules等公司在纤维缠绕和自动铺带技术基础上发展起来的,用于复合材料机身结构制造。
20世纪80年代后期,专业数控加工设备制造商对该技术设备作了进一步完善,1989年CincinnatiMachine公司设计出其第一台纤维丝束铺放机并随后投入使用。
1995年Ingersoll公司研制出其第一台纤维丝束铺放设备,美国的其他公司,包括设备制造商、飞机部件制造商及研究机构也在不断开发纤维丝束铺放技术。
经过20余年的发展,纤维丝束铺放技术在美国和欧洲已经成熟,在航空航天领域的应用越来越广泛。
近年来随着大型客机的迅猛发展,国外对复合材料构件制造技术投入了大量的人力物力,对相关配套工艺等进行了大量的研究,并制造出了先进的自动化程度很高的纤维丝束铺放设备。
比较著名的厂商有法国FOREST-LINE、美国CINCINNATI、INGERSOLL、西班牙M.TORRES等,这些公司研制了很多种型号的纤维丝束铺放设备,如图5所示。
这些大型纤维丝束铺放设备分散在世界各地的工厂,应用于各种型面的复合材料构件的整体化制造。
纤维丝束铺放技术在飞机结构中已经得到广泛应用,图8-6所示为波音公司采用丝束铺放技术研制的V-22倾转旋翼飞机的后机身。
第四代战斗机采用丝束铺放技术研制了复合材料S形进气道(见图7所示)和中机翼身融合体部分。
举世瞩目的波音B787复合材料使用量达到50%,这在很大程度上得益于丝束铺放技术,其中全部机身采用丝束铺放技术整体制造,图8为波音B787的不同机身段。
第四章空客公司使用复合材料的现状2-2 第8 页共8 页图5 悬臂式和龙门式纤维丝束铺放设备纤维丝束铺放技术还将广泛应用于航天、船舶、风力发电等领域,相关的配套工艺已经成熟,正朝着更快速度、更高效率的方向迅猛发展。
具体应用情况和发展趋势如图9所示。
4.作业4.1.波音和空客是按照什么样的标准选定重点发展工艺技术?。
4.2.简要陈述自动铺带技术的原理、设备生产厂家和工艺流程?4.3.简要陈述自动铺丝技术和自动铺带技术的工艺区别和运用领域。